酶加工和酶提取
葡萄糖
葡萄糖是食物垃圾中最“受欢迎”的转化产品，因为葡萄糖是纤维素和淀粉的单体。纤维素降解通常由复杂的纤维素水解酶制剂(如Celluclast，或Rapidase等)进行，其中含有几种类型的纤维素酶。里氏木霉(早期的木霉病毒科)被认为是纤维素酶的最佳来源。然而，混合物应经常补充p -葡萄糖苷酶，以增强水解过程。任何一种含纤维素的废物或副产品都被认为是生产葡萄糖的材料，例如大米、小麦和黑麦秸秆、玉米芯(Vlasenko等人，1997年;考尔等人，1998;杭和伍丹姆，2001;Sun和Cheng, 2005)。在大多数情况下，这些基底需要预处理(酸性或蒸汽处理)。
淀粉比纤维素更容易降解，因此大部分葡萄糖来自各种含淀粉的废物来源，如土豆、木薯和玉米制造业(Jin等人，1998;Gao等，2002;Del Re et al.， 2003)。淀粉酶:主要是α -和β -淀粉酶(有时是葡萄糖淀粉酶)，来自各种来源(通常是曲霉菌种)，用于酶解淀粉。近年来，耐热性淀粉酶的筛选一直是该领域研究的热点。根据这些过程的成本分析，酶是最昂贵的材料。如前所述，为了降低成本，“现场”酶生产值得进一步研究和开发。
针对酶法水解多糖过程中存在的强烈抑制现象，从实际应用的角度提出了一种特殊的生物反应器系统。对这个问题最有希望的解决办法之一是利用膜生物反应器(Belafi-Bako et al.， 2002a, 2006)。在这些生物反应器中，酶促反应和抑制产物(葡萄糖)的分离同时发生在一个单元中。底物(多糖)和产物大小的差异使得通过合适的多孔膜(超滤范围)分离成为可能;这能够拒绝长多糖链以及生物催化剂，而产品很容易通过膜。在这样的体系中，可以实现底物的连续摄取和产物的释放而不损失酶。此外，由于缺乏产物抑制作用，在这种特殊的体系中可以获得更高的效率。
乙醇
乙醇是最重要的葡萄糖基产品之一，可以作为食品工业的废物和副产品(如制糖业的糖蜜)的成分，也可以通过水解从含有多糖的废物(如玉米秸秆)中获得。根据所使用的原材料，已经发展出几种技术。最简单的例子之一是用酿酒酵母直接发酵糖蜜。如果多糖是原料，糖化和发酵可以分开或同时进行(Varga等人，2004年)。
蛋白玉米胚芽蛋白酶解物
蛋白质水解物(氨基酸和寡肽的混合物)可以由蛋白酶产生。Birch等人(1981)描述了一种使用屠宰场中富含胶原蛋白的废物制造明胶和明胶水解物的详细方法。Alcalase酶制剂在28°C的温度下使用，调节时间为6-24小时。使用Alcalase和Neutralase制剂水解产生明胶水解物。近年来，来自不同来源的角化酶已成为许多研究的焦点。某些角化酶(例如来自马氏拟青霉、小孢子背atomyces或金杆菌sp.)能够以可接受的反应速率降解羽毛(Brandelli和Riff el, 2005;格拉迪萨等人，2005);这被认为是一个极具影响力的发现，因为全世界有大量的羽毛被用作废物。尽管原始形态的羽毛被认为是一种低生物价值的蛋白质来源——由于其缺乏蛋氨酸、赖氨酸、组氨酸和色氨酸等营养必需氨基酸——但通过热加工获得的羽毛粉已被纳入某些动物的饲料中(Onifade等人，1998年)。微生物降解然而，由于生物量可自溶提高羽毛粉蛋白质和氨基酸的含量，可以提高羽毛蛋白水解物的营养价值。此外，某些嗜角化细菌(如Kocuria rosea)也合成类胡萝卜素，这是鲑鱼饲料或蛋黄色素中有用的化合物(Bertsch和Coello, 2005)。
蛋白酶也被用于另一种巨大废物的生物处理，即甲壳动物(虾、蟹、龙虾等)的壳。使用Alcalase酶制剂对虾和蟹壳进行了脱蛋白处理，得到了有价值的几丁质来源(Oh等，2000年)。最近，提出了一种改进的方法，其中蛋白质水解物也可以回收(Synowiecki和Al-Khateb, 2000;Gildberg和Stenberg, 2001);从而提高了该过程的有效性。
其他类型的动物粪便也可能是蛋白质水解物的良好来源。大西洋鳕鱼内脏(Aspmo等人，2005年)、鸡肠废物(Jamdar和Harikumar, 2005年)、虾头(Ruttanapornvapee-sakul, 2005年)、鳕鱼切片废物(Martone等人，2005年)和公羊角(Kurbanoglu和Algur, 2004年)只是动物加工废物的几个例子。这些物质的蛋白质含量可以被各种商业蛋白酶制剂(如Alcalase、Neutrase或木瓜蛋白酶)或来自曲霉菌和芽孢杆菌的不同内肽酶和外肽酶水解。
这些蛋白质水解物的利用(表9.4)可根据其营养或生物降解特性被开发分为两个主要领域。蛋白质水解物(浓缩物)既可以用作微生物培养基中的营养来源，也可以用作高等动物饲料的补充物，或者用作聚合物改性的组分(提高生物降解性)。
天然风味化合物
天然风味化合物可以从酿酒厂(酒精生产)形成的副产物合成。它被称为杂醇油，含有乙醇和短链醇。如果这些醇类化合物与短链酸反应，就可以制造出挥发性的风味(“水果”)酯，
表9.4利用蛋白质水解物
来源
Ram角
鳕鱼(Merluccius hubssi)
虾(Pandalus borealis)虾(P. semi - isulcatus)
鱼头废弃物金沙丁鱼废弃物制革废弃物
皮革废料(镀铬剃须)虾头青贮
鱼的排泄物和羽毛
利用
媒介需氧细菌
参考
Kurbanoglu和
Algur, 2004 Martone等人，2005
Gildberg和
Sternberg, 2001 Mizani et al.， 2005
Ghorbel 2005
Saha等人，2003年
Kresalkova等人，2002年
Plascencia-Jatomea等，2002 Langar等，1993
细菌和古菌培养基中的营养来源鲑科鱼类饲料补充
动物/水产养殖米根霉氮源(脂肪酶生产)线性低密度聚乙烯聚合物改性聚乙烯醇膜改性尼罗罗非鱼蛋白质源
鲈鱼鱼苗的蛋白质来源
生成低分子量的酯。该反应由脂肪酶催化，可在有机溶剂或无溶剂体系中进行(Gubicza等，2000;Ehrenstein等人，2003)。
Biolubricants
生物润滑油也可以用杂醇油制造。在这种情况下，长链酸化合物(例如，来自植物油水解的脂肪酸)应用于酯化反应。该过程可以通过酸性(Ozgulsun et al.， 2000)或酶催化(图9.1)进行。酸催化的缺点是酸的痕迹可能会留在催化剂中
生物质的种类
木A作物
垃圾填埋气酒精燃料
甘油c
油水解
生物润滑剂(含酸)
酸催化酯化s/
生物润滑剂(含酸)
垃圾填埋气体酒精燃料
油水解
酸催化酯化s/
酶催化酯化s/
乙醇生产
酶催化酯化s/
Biolubricant(无酸的)
乙醇
Biolubricant(无酸的)
图9.1生物润滑剂的生产。
在使用过程中导致腐蚀的产品。通过应用酶催化(如脂肪酶)，可以避免这种情况。获得的生物润滑剂不仅来源于天然可再生资源(生物质)，而且还可以通过生物降解(Dormo等，2004年)。
类似的生物润滑剂可以通过脂肪酸酶提取乙醇(从食物垃圾中提取)来生产(Csanyi等人，2004年)。从水发酵液中提取乙醇可以通过使用，例如，油酸，同时脂肪酶酯化来实现。这样，在避免乙醇抑制的情况下，生产出了油酸乙酯。
根据摩擦学测试，这些(酯类)类型的生物润滑剂可以被描述为具有低闪点、低倾点、高粘度指数和低酸值的润滑剂，这是酶催化(而不是酸性催化)的结果。因此，建议它们主要用于高速和低负荷的摩擦系统。在工业上，它们可用于金属加工过程的冷却润滑剂化合物，也可用于可能发生润滑剂损失的特定过程，如雾润滑、链条润滑和发射发动机润滑。
半乳糖醛酸
半乳糖醛酸是一种食品酸化剂，是果胶分子的单体。因此，含有果胶的副产品和废物可以被处理以回收果胶。甜菜浆是最常用的原料之一(Jordening et al.， 2002)。用热水从甜菜浆中提取果胶时，使用果胶酶可以促进这一过程。这样果胶更容易溶解，粘度降低，酶提得率大大提高。如果以回收半乳糖醛酸为目的，可以对果胶进行完全降解。然而，控制酶的作用可能导致部分降解，从而获得可溶性果胶。
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